JP7300970B2 - 基板処理方法及び基板処理装置 - Google Patents

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Description

本開示は、基板処理方法及び基板処理装置に関する。
ＳｉＮ膜は、例えばプラズマを用いたＡＬＤ法により成膜される。ＳｉＮ膜には、低いウェットエッチングレートが求められている。
特許文献１には、半導体基板上にＳｉを備える膜前駆体を吸着すること、吸着した膜前駆体をＮ含有イオン及び／又はラジカルを備えるプラズマに曝露することによりＳｉＮ塗膜層を形成すること、Ｈｅを含むプラズマをＳｉＮ膜層に曝露することによりＳｉＮ膜層の密度を高めること、を反復する、ＳｉＮ膜の成膜方法が開示されている。
特許２０１６－６６７９４号公報
しかしながら、特許文献１に開示されたＨｅガスのプラズマを用いた改質処理では、成膜レートが低減するという課題がある。
一の側面では、本開示は、成膜レートの向上する基板処理方法及び基板処理装置を提供する。
上記課題を解決するために、一の態様によれば、シリコン含有ガスを供給して基板上に吸着層を形成する工程と、Ｈｅを含むプラズマを生成して改質する工程と、反応ガスのプラズマを生成して前記吸着層と反応させる工程と、をこの順で繰り返して、シリコン含有膜を形成する、基板処理方法が提供される。
一の側面によれば、成膜レートの向上する基板処理方法及び基板処理装置を提供することができる。
基板処理装置の構成例を示す概略図。 本実施例の基板処理装置における動作の一例を示すタイムチャート。 参考例の基板処理装置における動作の一例を示すタイムチャート。 本実施例、参考例、改質なしのＳｉＮ膜における膜質を比較するグラフの一例。 ＷＥＲＲとＲＩとの関係を示すグラフの一例。 本実施例のＳｉＮ膜において、ＳｉＮ膜中に含まれるＳｉ－Ｎ結合量におけるＨｅプラズマの照射時間に対する依存性を示したグラフの一例。 本実施例のＳｉＮ膜において、ＳｉＮ膜中に含まれるＮ－Ｈ結合量におけるＨｅプラズマの照射時間に対する依存性を示したグラフの一例。
以下、図面を参照して本開示を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。
〔基板処理装置〕
本実施例に係る基板処理装置１０１について、図１を用いて説明する。図１は、基板処理装置１０１の構成例を示す概略図である。基板処理装置１０１は、減圧状態の処理容器内でＰＥ－ＡＬＤ（Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition）法によりＳｉＮ膜を形成する。
図１に示されるように、基板処理装置１０１は、処理容器１と、載置台２と、シャワーヘッド３と、排気部４と、ガス供給機構５と、ＲＦ電力供給部８と、制御部９とを有している。
処理容器１は、アルミニウム等の金属により構成され、略円筒状を有している。処理容器１は、ウエハＷを収容する。処理容器１の側壁にはウエハＷを搬入又は搬出するための搬入出口１１が形成され、搬入出口１１はゲートバルブ１２により開閉される。処理容器１の本体の上には、断面が矩形状をなす円環状の排気ダクト１３が設けられている。排気ダクト１３には、内周面に沿ってスリット１３ａが形成されている。排気ダクト１３の外壁には、排気口１３ｂが形成されている。排気ダクト１３の上面には、絶縁体部材１６を介して処理容器１の上部開口を塞ぐように天壁１４が設けられている。排気ダクト１３と絶縁体部材１６との間はシールリング１５で気密に封止されている。区画部材１７は、載置台２（およびカバー部材２２）が後述する処理位置へと上昇した際、処理容器１の内部を上下に区画する。
載置台２は、処理容器１内でウエハＷを水平に支持する。載置台２は、ウエハＷに対応した大きさの円板状に形成されており、支持部材２３に支持されている。載置台２は、ＡｌＮ等のセラミックス材料や、アルミニウムやニッケル合金等の金属材料で形成されており、内部にウエハＷを加熱するためのヒータ２１が埋め込まれている。ヒータ２１は、ヒータ電源（図示せず）から給電されて発熱する。そして、載置台２の上面の近傍に設けられた熱電対（図示せず）の温度信号によりヒータ２１の出力を制御することで、ウエハＷが所定の温度に制御される。載置台２には、上面の外周領域及び側面を覆うようにアルミナ等のセラミックスにより形成されたカバー部材２２が設けられている。
載置台２の底面には、載置台２を支持する支持部材２３が設けられている。支持部材２３は、載置台２の底面の中央から処理容器１の底壁に形成された孔部を貫通して処理容器１の下方に延び、その下端が昇降機構２４に接続されている。昇降機構２４により載置台２が支持部材２３を介して、図１で示す処理位置と、その下方の二点鎖線で示すウエハＷの搬送が可能な搬送位置との間で昇降する。支持部材２３の処理容器１の下方には、鍔部２５が取り付けられており、処理容器１の底面と鍔部２５の間には、処理容器１内の雰囲気を外気と区画し、載置台２の昇降動作にともなって伸縮するベローズ２６が設けられている。
処理容器１の底面の近傍には、昇降板２７ａから上方に突出するように３本（２本のみ図示）のウエハ支持ピン２７が設けられている。ウエハ支持ピン２７は、処理容器１の下方に設けられた昇降機構２８により昇降板２７ａを介して昇降する。ウエハ支持ピン２７は、搬送位置にある載置台２に設けられた貫通孔２ａに挿通されて載置台２の上面に対して突没可能となっている。ウエハ支持ピン２７を昇降させることにより、搬送機構（図示せず）と載置台２との間でウエハＷの受け渡しが行われる。
シャワーヘッド３は、処理容器１内に処理ガスをシャワー状に供給する。シャワーヘッド３は、金属製であり、載置台２に対向するように設けられており、載置台２とほぼ同じ直径を有している。シャワーヘッド３は、処理容器１の天壁１４に固定された本体部３１と、本体部３１の下に接続されたシャワープレート３２とを有している。本体部３１とシャワープレート３２との間にはガス拡散空間３３が形成されており、ガス拡散空間３３には処理容器１の天壁１４及び本体部３１の中央を貫通するようにガス導入孔３６が設けられている。シャワープレート３２の周縁部には下方に突出する環状突起部３４が形成されている。環状突起部３４の内側の平坦面には、ガス吐出孔３５が形成されている。載置台２が処理位置に存在した状態では、載置台２とシャワープレート３２との間に処理空間３８が形成され、カバー部材２２の上面と環状突起部３４とが近接して環状隙間３９が形成される。
排気部４は、処理容器１の内部を排気する。排気部４は、排気口１３ｂに接続された排気配管４１と、排気配管４１に接続された真空ポンプや圧力制御バルブ等を有する排気機構４２とを有する。処理に際しては、処理容器１内のガスがスリット１３ａを介して排気ダクト１３に至り、排気ダクト１３から排気配管４１を通って排気機構４２により排気される。
ガス供給機構５は、処理容器１内に処理ガスを供給する。ガス供給機構５は、プリカーサガス供給源５１ａ、反応ガス供給源５２ａ、Ａｒガス供給源５３ａ、Ａｒガス供給源５４ａ、Ｈｅガス供給源５５ａを有する。
プリカーサガス供給源５１ａは、ガス供給ライン５１ｂを介してプリカーサガスを処理容器１内に供給する。なお、図１に示す例において、プリカーサガスとして、ＤＣＳ（ジクロロシラン）ガスを用いる。ガス供給ライン５１ｂには、上流側から流量制御器５１ｃ、貯留タンク５１ｄ及びバルブ５１ｅが介設されている。ガス供給ライン５１ｂのバルブ５１ｅの下流側は、ガス供給ライン５６を介してガス導入孔３６に接続されている。プリカーサガス供給源５１ａから供給されるプリカーサガスは処理容器１内に供給される前に貯留タンク５１ｄで一旦貯留され、貯留タンク５１ｄ内で所定の圧力に昇圧された後、処理容器１内に供給される。貯留タンク５１ｄから処理容器１へのプリカーサガスの供給及び停止は、バルブ５１ｅの開閉により行われる。このように貯留タンク５１ｄへプリカーサガスを一旦貯留することで、比較的大きい流量のプリカーサガスを処理容器１内に安定して供給できる。
反応ガス供給源５２ａは、ガス供給ライン５２ｂを介して反応ガスを処理容器１内に供給する。なお、図１に示す例において、反応ガスとして、ＮＨ３ガスを用いる。ガス供給ライン５２ｂには、上流側から流量制御器５２ｃ及びバルブ５２ｅが介設されている。ガス供給ライン５２ｂのバルブ５２ｅの下流側は、ガス供給ライン５６を介してガス導入孔３６に接続されている。反応ガス供給源５２ａから供給される反応ガスは処理容器１内に供給される。処理容器１への反応ガスの供給及び停止は、バルブ５２ｅの開閉により行われる。
Ａｒガス供給源５３ａは、ガス供給ライン５３ｂを介してパージガスとしてのＡｒガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン５３ｂには、上流側から流量制御器５３ｃ及びバルブ５３ｅが介設されている。ガス供給ライン５３ｂのバルブ５３ｅの下流側は、ガス供給ライン５１ｂに接続されている。Ａｒガス供給源５３ａから供給されるＡｒガスは処理容器１内に供給される。処理容器１へのＡｒガスの供給及び停止は、バルブ５３ｅの開閉により行われる。
Ａｒガス供給源５４ａは、ガス供給ライン５４ｂを介してパージガスとしてのＡｒガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン５４ｂには、上流側から流量制御器５４ｃ及びバルブ５４ｅが介設されている。ガス供給ライン５４ｂのバルブ５４ｅの下流側は、ガス供給ライン５２ｂに接続されている。Ａｒガス供給源５４ａから供給されるＡｒガスは処理容器１内に供給される。処理容器１へのＡｒガスの供給及び停止は、バルブ５４ｅの開閉により行われる。
Ｈｅガス供給源５５ａは、ガス供給ライン５５ｂを介して膜を改質する改質ガスとしてのＨｅガスを処理容器１内に供給する。ガス供給ライン５５ｂには、上流側から流量制御器５５ｃ及びバルブ５５ｅが介設されている。ガス供給ライン５５ｂのバルブ５５ｅの下流側は、ガス供給ライン５２ｂに接続されている。Ｈｅガス供給源５５ａから供給されるＨｅガスは処理容器１内に供給される。処理容器１へのＨｅガスの供給及び停止は、バルブ５５ｅの開閉により行われる。
また、基板処理装置１０１は、容量結合プラズマ装置であって、載置台２が下部電極となり、シャワーヘッド３が上部電極となる。下部電極となる載置台２は、コンデンサ（図示せず）を介して接地されている。
上部電極となるシャワーヘッド３は、ＲＦ電力供給部８によって高周波電力（以下、「ＲＦパワー」ともいう。）が印加される。ＲＦ電力供給部８は、給電ライン８１、整合器８２及び高周波電源８３を有する。高周波電源８３は、高周波電力を発生する電源である。高周波電力は、プラズマの生成に適した周波数を有する。高周波電力の周波数は、例えば４５０ＫＨｚ～１００ＭＨｚの範囲内の周波数である。高周波電源８３は、整合器８２及び給電ライン８１を介してシャワーヘッド３の本体部３１に接続されている。整合器８２は、高周波電源８３の出力リアクタンスと負荷（上部電極）のリアクタンスを整合させるための回路を有する。なお、ＲＦ電力供給部８は、上部電極となるシャワーヘッド３に高周波電力を印加するものとして説明したが、これに限られるものではない。下部電極となる載置台２に高周波電力を印加する構成であってもよい。
制御部９は、例えばコンピュータであり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、補助記憶装置等を備える。ＣＰＵは、ＲＯＭ又は補助記憶装置に格納されたプログラムに基づいて動作し、基板処理装置１０１の動作を制御する。制御部９は、基板処理装置１０１の内部に設けられていてもよく、外部に設けられていてもよい。制御部９が基板処理装置１０１の外部に設けられている場合、制御部９は、有線又は無線等の通信手段によって、基板処理装置１０１を制御できる。
〔基板処理装置を用いた成膜処理〕
基板処理装置１０１の動作の一例について、図２を用いて説明する。図２は、本実施例に係る基板処理装置１０１における動作の一例を示すタイムチャートである。基板処理装置１０１は、下地膜が形成されたウエハＷに、ＰＥ－ＡＬＤプロセスによりＳｉＮ膜を成膜する。
図２に示されるＰＥ－ＡＬＤプロセスは、プリカーサガスを供給する工程Ｓ２０１、パージする工程Ｓ２０２、Ｈｅガスを供給する工程Ｓ２０３、ＲＦパワーを印加する工程Ｓ２０４、パージする工程Ｓ２０５、反応ガスを供給する工程Ｓ２０６、ＲＦパワーを印加する工程Ｓ２０７及びパージする工程Ｓ２０８を所定サイクル繰り返し、プリカーサガスと反応ガスを交互に供給してウエハＷの上に所望の膜厚のＳｉＮ膜を形成するプロセスである。なお、図２では、１サイクルのみを示す。
プリカーサガスを供給する工程Ｓ２０１は、プリカーサガスを処理空間３８に供給する工程である。プリカーサガスを供給する工程Ｓ２０１では、まず、バルブ５３ｅ，５４ｅを開いた状態で、Ａｒガス供給源５３ａ，５４ａから、ガス供給ライン５３ｂ，５４ｂを経てＡｒガスを供給する。また、バルブ５１ｅを開くことにより、プリカーサガス供給源５１ａからガス供給ライン５１ｂを経てプリカーサガスを処理容器１内の処理空間３８に供給する。このとき、プリカーサガスは、貯留タンク５１ｄに一旦貯留された後に処理容器１内に供給される。これにより、プリカーサがウエハＷの表面に吸着され、ウエハＷの表面にプリカーサの吸着層が形成される。
パージする工程Ｓ２０２は、処理空間３８の余剰のプリカーサガス等をパージする工程である。パージする工程Ｓ２０２では、ガス供給ライン５３ｂ，５４ｂを介してのＡｒガスの供給を継続した状態で、バルブ５１ｅを閉じてプリカーサガスの供給を停止する。これにより、Ａｒガス供給源５３ａ，５４ａからガス供給ライン５３ｂ，５４ｂを経てＡｒガスを処理容器１内の処理空間３８に供給する。これにより、処理空間３８の余剰のプリカーサガス等をパージする。また、バルブ５１ｅを閉じることにより、貯留タンク５１ｄにプリカーサガスが充填される。
Ｈｅガスを供給する工程Ｓ２０３は、Ｈｅガスを処理空間３８に供給する工程である。Ｈｅガスを供給する工程Ｓ２０３では、ガス供給ライン５３ｂ，５４ｂを介してのＡｒガスの供給を継続した状態で、バルブ５５ｅを開く。これにより、Ｈｅガス供給源５５ａからガス供給ライン５５ｂを経てＨｅガスを処理空間３８に供給する。
ＲＦパワーを印加する工程Ｓ２０４は、Ｈｅガスをプラズマ励起する工程である。ＲＦパワーを印加する工程Ｓ２０４では、ガス供給ライン５３ｂ，５４ｂを介してのＡｒガスの供給及びガス供給ライン５５ｂを介してのＨｅガスの供給を継続した状態で、高周波電源８３により、上部電極にＲＦを印加して、処理空間３８にプラズマを生成する。これにより、ウエハＷの表面の吸着層が改質される。
パージする工程Ｓ２０５は、処理空間３８のＨｅガス等をパージする工程である。パージする工程Ｓ２０５では、ガス供給ライン５３ｂ，５４ｂを介してのＡｒガスの供給を継続した状態で、バルブ５５ｅを閉じてＨｅガスの供給を停止する。また、高周波電源８３により、上部電極にＲＦを印加することを停止する。これにより、Ａｒガス供給源５３ａ，５４ａからガス供給ライン５３ｂ，５４ｂを経てＡｒガスを処理容器１内の処理空間３８に供給する。これにより、処理空間３８のＨｅガス等をパージする。
反応ガスを供給する工程Ｓ２０６は、反応ガスとしてのＮＨ３ガスを供給する工程である。反応ガスを供給する工程Ｓ２０６では、ガス供給ライン５３ｂ，５４ｂを介してのＡｒガスの供給を継続した状態で、バルブ５５ｅを閉じてＨｅガスの供給を停止し、バルブ５２ｅを開く。これにより、反応ガス供給源５２ａからガス供給ライン５２ｂを経て反応ガスを処理空間３８に供給する。
ＲＦパワーを印加する工程Ｓ２０７は、反応ガスとして供給されているＮＨ３ガスをプラズマ励起する工程である。ＲＦパワーを印加する工程Ｓ２０７では、ガス供給ライン５３ｂ，５４ｂを介してのＡｒガスの供給及びガス供給ライン５２ｂを介しての反応ガスの供給を継続した状態で、高周波電源８３により、上部電極にＲＦを印加して、処理空間３８にプラズマを生成する。これにより、ウエハＷの表面の吸着層が窒化され、ＳｉＮ膜を生成する。
パージする工程Ｓ２０８は、処理空間３８の余剰の反応ガス等をパージする工程である。パージする工程Ｓ２０８では、ガス供給ライン５３ｂ，５４ｂを介してのＡｒガスの供給を継続した状態で、バルブ５２ｅを閉じて反応ガスの供給を停止する。また、高周波電源８３により、上部電極にＲＦを印加することを停止する。これにより、Ａｒガス供給源５３ａ，５４ａからガス供給ライン５３ｂ，５４ｂを経てＡｒガスを処理容器１内の処理空間３８に供給する。これにより、処理空間３８の余剰の反応ガス等をパージする。
以上のサイクルを繰り返すことで、ウエハＷに形成された凹凸のパターンに倣ってコンフォーマルなＳｉＮ膜を成膜する。
ここで、ステップＳ１０１におけるＤＣＳガスとＮＨ３ガスを用いたＳｉＮ膜の成膜条件の好ましい範囲を以下に示す。
温度：２５０～６００℃
圧力：０．５～１０Ｔｏｒｒ
ＤＣＳガス流量：１０～１００ｃｃ／サイクル
ＮＨ３ガス流量：５００～１００００ｓｃｃｍ
Ｈｅガス流量：１００～１００００ｓｃｃｍ
Ａｒガス流量：５００～１００００ｓｃｃｍ
工程Ｓ２０１時間：０．０５～２．０秒
工程Ｓ２０２時間：０．１～２．０秒
工程Ｓ２０３時間：０．０～２．０秒
工程Ｓ２０４時間：１．０～６．０秒
工程Ｓ２０５時間：０．０～２．０秒
工程Ｓ２０６時間：０．５～２．０秒
工程Ｓ２０７時間：１．０～６．０秒
工程Ｓ２０８時間：０．１～２．０秒
改質時（Ｓ２０４）のＲＦパワー：１０～１０００Ｗ
窒化時（Ｓ２０７）のＲＦパワー：５０～１０００Ｗ
なお、プリカーサガスをパージする工程Ｓ２０２は省略してもよく、プリカーサガスを供給する工程Ｓ２０１の後にＨｅプラズマによる改質工程（Ｓ２０３、Ｓ２０４）を行ってもよい。また、Ｈｅガスは、工程Ｓ２０７以外の工程では同時供給してもよい。
次に、参考例に係る基板処理装置の動作の一例について、図３を用いて説明する。なお、参考例に係る基板処理装置は、図１に示す本実施例に係る基板処理装置１０１と同様な構成のため、説明を省略する。図３は、参考例に係る基板処理装置における動作の一例を示すタイムチャートである。参考例に係る基板処理装置は、下地膜が形成されたウエハＷに、ＰＥ－ＡＬＤプロセスによりＳｉＮ膜を成膜する。
図３に示されるＰＥ－ＡＬＤプロセスは、プリカーサガスを供給する工程Ｓ３０１、パージする工程Ｓ３０２、反応ガスを供給する工程Ｓ３０３、ＲＦパワーを印加する工程Ｓ３０４、パージする工程Ｓ３０５、Ｈｅガスを供給する工程Ｓ３０６、ＲＦパワーを印加する工程Ｓ３０７及びＨｅガスをパージする工程Ｓ３０８を所定サイクル繰り返し、プリカーサガスと反応ガスを交互に供給してウエハＷの上に所望の膜厚のＳｉＮ膜を形成するプロセスである。なお、図３では、１サイクルのみを示す。
即ち、本実施例に係る基板処理装置１０１におけるプロセス（図２参照）では、プリカーサガスの吸着（Ｓ２０１）の後、窒化処理（Ｓ２０６，Ｓ２０７）の前に、Ｈｅガスのプラズマによる改質処理（Ｓ２０３，Ｓ２０４）を行う。
これに対し、参考例に係る基板処理装置におけるプロセス（図３参照）では、プリカーサガスの吸着（Ｓ３０１）及び窒化処理（Ｓ３０３，Ｓ３０４）の後に、Ｈｅガスのプラズマによる改質処理（Ｓ３０６，Ｓ３０７）を行う。なお、各工程の処理は図２に示されるプロセスの場合と同様であり、説明は省略する。
図４は、本実施例のＳｉＮ膜、参考例のＳｉＮ膜、改質なしのＳｉＮ膜における膜質を比較するグラフの一例である。ここでは、中央の「本実施例」では、図２に示すプロセスによってＳｉＮ膜の成膜を行った。右の「参考例」では、図３に示すプロセスによってＳｉＮ膜の成膜を行った。左の「改質なし」では、改質ガスのプラズマによる改質処理を行わない（即ち、図３のプロセスにおいて、Ｓ３０６からＳ３０７を省略して、ステップＳ３０１からステップＳ３０５を繰り返す。）で、ＳｉＮ膜の成膜を行った。
また、図４に示すグラフにおいて、左側の第１縦軸は成膜速度（ＧＰＣ；Growth Per Cycle）であり、実線で示す。右側の第２縦軸はＲＩ（Refractive Index：屈折率）であり、破線で示す。
破線のグラフに示すように、改質なしと比較して、本実施例及び参考例では、ＲＩが向上している。ここで、図５は、熱酸化膜に対するウェットエッチングレート比（ＷＥＲＲ）とＲＩとの関係を示すグラフの一例である。図５に示すように、ＷＥＲＲとＲＩとは、負の相関を示す。このため、改質なしと比較して、本実施例及び参考例では、エッチングレートが低下する、即ち、エッチング耐性が向上する。また、本実施例では、参考例と比較して、ウェットエッチング耐性がさらに向上している。
また、実線のグラフに示すように、改質なしと比較して、参考例では、成膜レートが減少している。これに対し、本実施例では、成膜レートの減少を抑制することができる。即ち、本実施では、参考例と比較して、成膜レートを向上させることができる。
ここで、Ｈｅガスのプラズマを用いた改質効果について、図６及び図７を用いて説明する。
図６は、本実施例により成膜したＳｉＮ膜において、ＳｉＮ膜中に含まれるＳｉ－Ｎ結合量におけるＨｅプラズマの照射時間に対する依存性を示したグラフの一例である。図６において、縦軸はＳｉ－Ｎ結合量を示し、横軸はＨｅプラズマの照射時間を示す。ここで、Ｓｉ－Ｎ結合量は、フーリエ変換赤外分光法により取得された吸収スペクトルにおけるピーク強度から求めた。また、ＷＥＲＲは、膜中のＳｉ－Ｎ結合量に対して負の相関があることが今まででの知見から得られている。
図７は、本実施例により成膜したＳｉＮ膜において、ＳｉＮ膜中に含まれるＮ－Ｈ結合量におけるＨｅプラズマの照射時間に対する依存性を示したグラフの一例である。図６において、縦軸はＮ－Ｈ結合量を示し、横軸はＨｅプラズマの照射時間を示す。ここで、Ｎ－Ｈ結合量は、Ｓｉ－Ｎ結合量と同様に、フーリエ変換赤外分光法により取得された吸収スペクトルにおけるピーク強度から求めた。
図６および図７に示すように、Ｈｅガスのプラズマにより、ＳｉＮ膜中のＮ－Ｈ結合量が減少（図７参照）し、かつ、ＳｉＮ膜中のＳｉ－Ｎ結合量が増加（図６参照）することにより、より強固な膜に改質されている。これは、Ｈｅガスのプラズマによる改質におけるプラズマ中のＨｅイオン、Ｈｅラジカル、Ｈｅを含むプラズマの発光（ＶＵＶ：Vacuum Ultra Violet）の少なくとも何れか一つに起因するものである。
ここで、本実施例及び参考例におけるＳｉＮ膜の成膜についてさらに説明する。参考例では、窒化処理（Ｓ３０３，Ｓ３０４）の後に、Ｈｅガスのプラズマによる改質処理（Ｓ３０６，Ｓ３０７）を行う。窒化処理によりウエハＷの下地膜の表面にはＮＨ基もしくはＮＨ２基が存在する。その後、ウエハＷの下地膜の表面に対してＨｅガスのプラズマを照射すると、表面のＮ－Ｈ結合量が減少する。
ところで、参考例におけるプリカーサ（ＤＣＳ）は、表面のＮＨ基もしくはＮＨ２基に吸着することが知られている。したがって、窒化処理（Ｓ３０３，Ｓ３０４）の後に、Ｈｅガスのプラズマによる改質処理（Ｓ３０６，Ｓ３０７）を行うと、プリカーサ（ＤＣＳ）の吸着サイトであるＮＨ基もしくはＮＨ２基が減少する。その結果、参考例では、成膜レートが減少する。
一方、本実施例では、プリカーサガスの吸着（Ｓ２０１）の後、窒化処理（Ｓ２０６，Ｓ２０７）の前に、Ｈｅガスのプラズマによる改質処理（Ｓ２０３，Ｓ２０４）を行う。この場合、Ｈｅガスのプラズマによる改質処理を行う前のウエハＷの下地膜の表面にはプリカーサ（ＤＣＳ）の吸着物および吸着により消費されなかったＮＨ基もしくはＮＨ２基が存在する。
この状態でＨｅガスのプラズマによる改質処理を行うと、吸着により消費されなかった余剰なＮＨ基もしくはＮＨ２基が除去され、Ｓｉ－Ｎ結合に変換される。その後、窒化処理（Ｓ２０６，Ｓ２０７）を行うと、プリカーサ（ＤＣＳ）の吸着物の側鎖がＮＨ基もしくはＮＨ２基で置き換えられる。さらにその後、プリカーサガスの吸着（Ｓ２０１）が行われる。即ち、プリカーサ（ＤＣＳ）の吸着サイトであるＮＨ基もしくはＮＨ２基が減少せずに膜が形成される。その結果、本実施例では、成膜レートは維持される。
これにより、本実施例のＳｉＮ膜の成膜方法では、エッチング耐性の向上と、成膜レートの維持を両立することができる。
また、本実施例では、Ｈｅガスのプラズマを用いて膜を改質するので、適用範囲を拡大することができる。ここで、Ｈ２ガスやＨ２ガスのプラズマを用いる改質処理では、ＳｉＮ膜の下地膜に水素が拡散して、デバイス特性を劣化させる場合がある。これに対し、本実施例では、Ｈｅガスのプラズマを用いて膜を改質するので、ＳｉＮ膜の下地膜への水素の拡散を防止することができ、適用範囲を拡大することができる。
以上、基板処理装置１０１による本実施形態の成膜方法について説明したが、本開示は上記実施形態等に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本開示の要旨の範囲内において、種々の変形、改良が可能である。
処理装置１０１において、プリカーサガスはＤＣＳとし、反応ガスをＮＨ３ガスとして説明したが、これに限られるものではない。プリカーサガスとして、ＳｉＨ４ガス、ＴＳＡ（trisilylamine）ガス、ハロゲンを含むシリコン系ガス、アミノシランガス、等のシリコン含有ガスを用いてもよい。反応ガスとして、ＮＨ３ガス、Ｎ２ガス、等のガスを用いてもよい。また、プリカーサガスとしてＳｉＨ４ガス用いる場合、反応ガスとしてＮ２ガスを用いてもよい。また、プラズマを使用せず、熱によるＡＬＤによりＳｉＮ膜を形成してもよい。この場合、反応ガスとしてＮＨ３、ヒドラジン、ヒドラジン誘導体等のガスを用いてもよい。
１０１ 基板処理装置
Ｗ ウエハ
１ 処理容器
２ 載置台
３ シャワーヘッド
４ 排気部
５ ガス供給機構（ガス供給源）
５１ａ プリカーサガス供給源
５２ａ 反応ガス供給源
５３ａ Ａｒガス供給源
５４ａ Ａｒガス供給源
５５ａ Ｈｅガス供給源
８ ＲＦ電力供給部（高周波電力供給部）
８３ 高周波電源
９ 制御部

Claims (8)

  1. シリコン含有ガスを供給して基板上に吸着層を形成する工程と、
    Ｈｅを含むプラズマを生成して改質する工程と、
    反応ガスのプラズマを生成して前記吸着層と反応させる工程と、をこの順で繰り返して、シリコン含有膜を形成する、基板処理方法。
  2. 前記吸着層を形成する工程と、前記改質する工程と、の間に、
    前記シリコン含有ガスをパージする工程を含む、
    請求項１に記載の基板処理方法。
  3. 前記改質する工程は、
    Ｈｅイオン、Ｈｅラジカル、Ｈｅを含むプラズマの発光のうち、少なくとも何れか一つを前記吸着層に照射して改質する、
    請求項１または請求項２に記載の基板処理方法。
  4. 前記改質は、
    前記シリコン含有膜のエッチング耐性を向上させる、
    請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  5. 前記シリコン含有膜は、ＳｉＮ膜である、
    請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  6. 前記シリコン含有ガスは、ＤＣＳガス、ＳｉＨ４ガス、ＴＳＡ（trisilylamine）ガス、ハロゲンを含むシリコン系ガス、アミノシランガスのうち、少なくとも何れか一つを含む、
    請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  7. 前記反応ガスは、ＮＨ３ガス、Ｎ２ガス、ヒドラジン、ヒドラジン誘導体ガスのうち、少なくとも何れか一つを含む、
    請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の基板処理方法。
  8. 基板を載置する載置台を有する処理容器と、
    前記処理容器にガスを供給するガス供給源と、
    高周波電力を印加して前記処理容器内にプラズマを生成する高周波電力供給部と、
    制御部と、を備え、
    前記制御部は、
    シリコン含有ガスを供給して基板上に吸着層を形成する工程と、
    Ｈｅを含むプラズマを生成して改質する工程と、
    反応ガスのプラズマを生成して前記吸着層と反応させる工程と、をこの順で繰り返して、シリコン含有膜を形成する、
    基板処理装置。
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